在基底中制作多個(gè)溝槽的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在基底中制作多個(gè)溝槽的方法，包括：提供一基底；在基底上形成一掩模層，掩模層具有至少一第一開口以及至少一第二開口，其中第二開口大于第一開口，且第一開口與第二開口皆暴露出基底；在第二開口的底部形成一犧牲層，犧牲層的材質(zhì)不同于掩模層的材質(zhì)；以及以掩模層為掩模，蝕刻第一開口與第二開口下方的基底以及犧牲層，以在基底中形成多個(gè)溝槽。本發(fā)明能夠有效提高不同開口寬度的溝槽的深度一致性。
【專利說明】在基底中制作多個(gè)溝槽的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及溝槽的制作方法，且特別是涉及在基底中制作多個(gè)溝槽的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路的制作方式一般包括蝕刻、薄膜沉積等工藝。通過蝕刻工藝可在基底或是其上的膜層中蝕刻出多個(gè)溝槽，然后，可在溝槽中沉積薄膜以形成有源或無源元件(例如，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中的溝槽型電容器)。
[0003]當(dāng)需在基底上形成開口大小不同的多個(gè)溝槽時(shí)，可在基底上形成一具有多個(gè)開口的圖案化掩模層，其中這些開口的尺寸彼此不同。之后，以圖案化掩模層為掩模蝕刻基底，以在基底中形成開口大小不同的多個(gè)溝槽。然而，這些開口大小不同的溝槽的深度也彼此不同。這是因?yàn)樵谖g刻工藝中，圖案化掩模層的開口的尺寸較小者，蝕刻氣體較不易通過且蝕刻副產(chǎn)物較難擴(kuò)散出去，因此，尺寸較小的開口所對(duì)應(yīng)的區(qū)域蝕刻速度較尺寸較大的開口所對(duì)應(yīng)的區(qū)域慢(亦即，負(fù)載效應(yīng)，loading effect)。
[0004]然而，深度不同的溝槽對(duì)于后續(xù)工藝會(huì)有許多不良的影響，因此，如何提高蝕刻工藝所形成的溝槽的深度的均勻性是目前亟待克服的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明一實(shí)施例提供一種在基底中制作多個(gè)溝槽的方法，包括:提供一基底；在基底上形成一掩模層，掩模層具有至少一第一開口以及至少一第二開口，其中第二開口大于第一開口，且第一開口 與第二開口皆暴露出基底；在第二開口的底部形成一犧牲層，犧牲層的材質(zhì)不同于掩模層的材質(zhì)；以及以掩模層為掩模，蝕刻第一開口與第二開口下方的基底以及犧牲層，以在基底中形成多個(gè)溝槽。
[0006]本發(fā)明能夠有效提高不同開口寬度的溝槽的深度一致性(均勻性)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1A~圖1G示出本發(fā)明一實(shí)施例的在基底中制作多個(gè)溝槽的工藝剖面圖。
[0008]圖2A~圖2E示出本發(fā)明另一實(shí)施例的在基底中制作多個(gè)溝槽的工藝剖面圖。
[0009]【主要附圖標(biāo)記說明】
[0010]110~基底；
[0011]112、114~溝槽；
[0012]120~掩模層；
[0013]122 ~第一開口；
[0014]124 ~第二開口；
[0015]130~犧牲層；
[0016]130a~犧牲材料層；
[0017]210~非感光層；[0018]220- 感光層；
[0019]Ml~第一掩模層；
[0020]M2~第二掩模層；
[0021]M3~圖案化的第三掩模層；
[0022]0P1、0P2~開口；
[0023]疒過蝕刻溝槽；
[0024]W1、W2、W3、W4、W5、W6 ~寬度。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下將詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例的制作與使用方式。然應(yīng)注意的是，本發(fā)明提供許多可供應(yīng)用的發(fā)明概念，其可以多種特定型式實(shí)施。文中所舉例討論的特定實(shí)施例僅為制造與使用本發(fā)明的特定方式，非用以限制本發(fā)明的范圍。此外，在不同實(shí)施例中可能使用重復(fù)的標(biāo)號(hào)或標(biāo)示。這些重復(fù)僅為了簡單清楚地?cái)⑹霰景l(fā)明，不代表所討論的不同實(shí)施例及/或結(jié)構(gòu)之間具有任何關(guān)連性。再者，當(dāng)述及一第一材料層位于一第二材料層上或之上時(shí)，包括第一材料層與第二材料層直接接觸或間隔有一或更多其他材料層的情形。在附圖中，實(shí)施例的形狀或是厚度可能擴(kuò)大，以簡化或是突顯其特征。再者，圖中未示出或描述的元件，可為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的任意形式。
[0026]基底上方可以形成任何所需的半導(dǎo)體元件，例如MOS晶體管、電阻、邏輯元件等，不過此處為了簡化附圖，僅以平整的基底表示。在本發(fā)明的敘述中，“基底”一詞可包括半導(dǎo)體晶圓、半導(dǎo)體晶圓上已形成的元件、或是覆蓋在晶圓上的各種涂層。
[0027]圖1A~圖1G示出本發(fā)明一實(shí)施例的在`基底中制作多個(gè)溝槽的工藝剖面圖。首先，請(qǐng)參照?qǐng)D1A，提供一基底110。基底110的材質(zhì)例如為硅、鍺、硅鍺、砷化鎵、硅/硅鍺、絕緣層上娃(silicon-on-1nsulators)、或是其他適合的半導(dǎo)體材料。
[0028]然后，在基底110上形成一第一掩模層Ml。接著,在第一掩模層Ml上形成一第二掩模層M2。之后，在第二掩模層M2上形成一圖案化的第三掩模層M3，圖案化的第三掩模層M3具有多個(gè)開口 0P1、0P2暴露出部分第二掩模層M2，開口 0P2的寬度W2大于開口 OPl的寬度W1。
[0029]第一掩模層Ml的材質(zhì)可為金屬(例如鶴)、硼娃酸玻璃、或娃化鈦。第二掩模層M2的材質(zhì)可為氮化物，例如氮化硅。圖案化的第三掩模層M3的材質(zhì)可為氧化物，例如氧化硅。
[0030]然后，請(qǐng)參照?qǐng)D1B，以圖案化的第三掩模層M3為掩模進(jìn)行一蝕刻工藝，以在開口0PU0P2下方分別形成貫穿第二掩模層M2與第一掩模層Ml的多個(gè)第一開口 122與多個(gè)第二開口 124，其中第二開口 124的寬度W4大于第一開口 122的寬度W3，且第一開口 122與第二開口 124皆暴露出基底110。之后，移除圖案化的第三掩模層M3。
[0031]在本實(shí)施例中，圖案化的第三掩模層M3底下的第一掩模層Ml與第二掩模層M2共同構(gòu)成一掩模層120，但本發(fā)明并不限于此，只要掩模層120可用以圖案化其下的基底110即可。因此，在其他實(shí)施例中，掩模層120也可為一單層結(jié)構(gòu)或是一具有至少三個(gè)膜層以上的多層結(jié)構(gòu)。
[0032]在一實(shí)施例中，由于開口 0P2大于開口 OPl，因此，在蝕刻形成第二開口 124與第一開口 122時(shí)，容易因形成第二開口 124的蝕刻速度大于形成第一開口 122的蝕刻速度而在第二開口 124下方的基底110上形成過蝕刻溝槽V。
[0033]接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1C，在基底110上全面形成一犧牲材料層130a，犧牲材料層130a覆蓋掩模層120并填滿第一開口 122與第二開口 124。犧牲材料層130a的材質(zhì)不同于掩模層120的材質(zhì)。犧牲材料層130a的材質(zhì)包括有機(jī)材料，且犧牲材料層130a的材質(zhì)可為感光材料、或非感光材料。在本實(shí)施例中，犧牲材料層130a的材質(zhì)為感光材料(亦即，光致抗蝕劑材料)。
[0034]然后，請(qǐng)參照?qǐng)D1D，可以曝光顯影的方式移除犧牲材料層130a的位于第一開口122中的部分，以暴露出第一開口 122下方的基底110，并可同時(shí)移除位于(第一開口 122之間的)掩模層120上的犧牲材料層130a。
[0035]之后，請(qǐng)參照?qǐng)D1E，對(duì)圖案化犧牲材料層130a進(jìn)行一薄化工藝，以形成只位于第二開口 124的底部的犧牲層130。薄化工藝?yán)缡且愿墒轿g刻(等離子體蝕刻)的方式蝕刻圖案化犧牲材料層130a，并且可控制蝕刻時(shí)間以調(diào)控薄化的程度以及留下的圖案化犧牲材料層130a (亦即，犧牲層130)的厚度。在本實(shí)施例中，犧牲材料層130a的材質(zhì)為有機(jī)材料，且等離子體蝕刻氣體可采用氧氣或是臭氧，以有效蝕刻有機(jī)材料。
[0036]雖然，本實(shí)施例是以感光性的犧牲材料層130a為例，但本發(fā)明不限于此。在其他實(shí)施例中，犧牲材料層130a也可由非感光材料構(gòu)成，且可例如以光刻與蝕刻工藝移除犧牲材料層130a的位于第一開口 122中的部分(如圖1D所示)。之后，可選擇具有蝕刻選擇性的蝕刻劑對(duì)犧牲材料層130a再次進(jìn)行蝕刻，并可通過控制蝕刻時(shí)間的方式達(dá)到薄化犧牲材料層130a的效果(如圖1E所示)。
[0037]然后，請(qǐng)參照?qǐng)D1F，以掩模層120為掩模進(jìn)行一蝕刻工藝(例如干式蝕刻工藝)，蝕刻第一開口 122與第二開口 124下方的基底110以及犧牲層130，以在基底110中形成多個(gè)溝槽112、114，其中溝槽114的開口寬度W6大于溝槽112的開口寬度W5。在一實(shí)施例中，位于第一開口 122與第二開口 124下方的溝槽112、114的深度大體相同，詳細(xì)而言，溝槽112,114的深度的差約小于2% (亦即，溝槽112、114的深度的差值除以溝槽114的深度)。接著，請(qǐng)參照第IG圖，可移除掩模層120。
[0038]值得注意的是，由于本實(shí)施例在尺寸較大的第二開口 124的底部形成有犧牲層130，因此，在蝕刻形成溝槽112、114的工藝中，犧牲層130可減緩蝕刻工藝對(duì)于第二開口124下方的基底110的蝕刻程度，進(jìn)而使尺寸較大的第二開口 124與尺寸較小的第一開口122下方的溝槽114、112的深度相近，而有效提高溝槽112、114的深度一致性(均勻性)。
[0039]圖2A?圖2E示出本發(fā)明另一實(shí)施例的在基底中制作多個(gè)溝槽的工藝剖面圖。值得注意的是，本實(shí)施例類似圖1A?圖1G的實(shí)施例，因此標(biāo)示相似的元件符號(hào)的元件具有相似的結(jié)構(gòu)與材質(zhì)。
[0040]請(qǐng)參照?qǐng)D2A，提供一基底110，并在基底110上形成一掩模層120。接著，在掩模層120與基底110上形成一非感光層210。非感光層210例如為抗反射涂層(ant1-ref Iectivecoating, ARC)，非感光層210的材質(zhì)可為有機(jī)材料。值得注意的是，雖然圖2A示出的非感光層210全面覆蓋掩模層120與基底110，但本發(fā)明不限于此，只要非感光層210有形成在掩模層120的第二開口 124的底部且覆蓋第二開口 124下方的基底110即可。
[0041]然后，可在非感光層210上形成一感光層220,感光層220可全面覆蓋基板110與掩模層120。感光層220的材質(zhì)可為感光性的有機(jī)材料，其具有可感光的官能基，例如含有雙鍵的官能基(例如苯環(huán)基)、或是含有三鍵的官能基(例如氰基)。
[0042]接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2B，對(duì)感光層220進(jìn)行一光刻工藝，以移除位于第一開口 122中以及位于(第一開口 122之間的)掩模層120上的感光層220。接著，可進(jìn)行一蝕刻工藝以移除位于第一開口 122中以及位于(第一開口 122之間的)掩模層120上的非感光層210。
[0043]然后，請(qǐng)參照?qǐng)D2C，對(duì)感光層220進(jìn)行一剝除工藝，以全面移除感光層220。此時(shí)，留下的非感光層210完整覆蓋第二開口 124下方的基底110。接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2D，以掩模層120為掩模進(jìn)行一蝕刻工藝(例如干式蝕刻工藝)，蝕刻第一開口 122與第二開口 124下方的基底110以及非感光層210(亦即，犧牲層)，以在基底110中形成多個(gè)溝槽112、114，其中溝槽114的開口寬度W6大于溝槽112的開口寬度W5。在一實(shí)施例中，位于第一開口 122與第二開口 124下方的溝槽112、114的深度大體相同。接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2E，可移除掩模層120。
[0044]相同于圖1A?圖1G的實(shí)施例,本實(shí)施例利用非感光層210作為蝕刻工藝的犧牲層，以減緩蝕刻工藝對(duì)于第二開口 124下方的基底110的蝕刻程度，進(jìn)而有效提高溝槽112、114的深度一致性(均勻性)。
[0045]綜上所述，本發(fā)明通過在掩模層的較大開口的底部形成犧牲層的方式，減緩蝕刻工藝對(duì)于較大開口下方的基底的蝕刻程度，以減少蝕刻工藝中的負(fù)載效應(yīng)對(duì)于溝槽深度的影響，進(jìn)而有效提高不同開口寬度的溝槽的深度一致性(均勻性)。
[0046]本發(fā)明雖以較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種在基底中制作多個(gè)溝槽的方法，其特征在于，包括: 提供一基底； 在該基底上形成一掩模層，該掩模層具有至少一第一開口以及至少一第二開口，該第二開口大于該第一開口，且該第一開口與該第二開口皆暴露出該基底； 在該第二開口的底部形成一犧牲層，該犧牲層的材質(zhì)不同于該掩模層的材質(zhì)；以及以該掩模層為掩模，蝕刻該第一開口下方的該基底與該第二開口下方的該基底以及該犧牲層，以在該基底中形成多個(gè)溝槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在基底中制作多個(gè)溝槽的方法，其特征在于，位于該第一開口與該第二開口下方的所述多個(gè)溝槽的深度大體相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在基底中制作多個(gè)溝槽的方法，其特征在于，該犧牲層的形成方法包括: 在該第二開口上形成一圖案化犧牲材料層，該圖案化犧牲材料層填滿該第二開口 ；以及 對(duì)該圖案化犧牲材料層進(jìn)行一薄化工藝，以形成位于該第二開口的底部的該犧牲層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在基底中制作多個(gè)溝槽的方法，其特征在于，該圖案化犧牲材料層包括一非感光層與一感光層，且該非感光層位于該第二開口的底部，該感光層位于該非感光層上，該薄化工藝包括: 對(duì)該圖案化犧牲材料層進(jìn)行一剝除工藝，以移除該感光層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在基底中制作多個(gè)溝槽的方法，其特征在于，形成該圖案化犧牲材料層的方法包括: 在該基底上全面形成一犧牲材料層，該犧牲材料層覆蓋該掩模層并填入該第一開口與該第二開口中；以及 移除該犧牲材料層的位于該第一開口中的部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在基底中制作多個(gè)溝槽的方法，其特征在于，該薄化工藝包括: 蝕刻該圖案化犧牲材料層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在基底中制作多個(gè)溝槽的方法，其特征在于，該掩模層為一多層結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在基底中制作多個(gè)溝槽的方法，其特征在于，該掩模層的形成方法包括: 在該基底上形成一第一掩模層； 在該第一掩模層上形成一第二掩模層； 在該第二掩模層上形成一圖案化的第三掩模層，該圖案化的第三掩模層具有多個(gè)開口暴露出部分該第二掩模層；以及 以該圖案化的第三掩模層為掩模，蝕刻該第一掩模層與該第二掩模層，以在所述多個(gè)開口下方形成貫穿該第二掩模層與該第一掩模層的該第一開口與該第二開口。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的在基底中制作多個(gè)溝槽的方法,其特征在于,該第一掩模層的材質(zhì)包括金屬、硼硅酸玻璃、或硅化鈦，該第二掩模層的材質(zhì)包括氮化物，該圖案化的第三掩模層的材質(zhì)包括氧化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在基底中制作多個(gè)溝槽的方法，其特征在于，蝕刻該第一開口下方的該基底與該第二開口下方的該基底以及該犧牲層的步驟包括: 進(jìn)行一干式蝕刻工藝。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的在基底中制作多個(gè)溝槽的方法，其特征在于，該犧牲層的材質(zhì)包括有機(jī)材 料，且該干式蝕刻工藝的蝕刻氣體包括氧氣、或是臭氧。
【文檔編號(hào)】H01L21/8242GK103579116SQ201210285010
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月10日
【發(fā)明者】陳逸男, 徐文吉, 葉紹文, 劉獻(xiàn)文 申請(qǐng)人:南亞科技股份有限公司